-
Kontaktvorrichtung
-
Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung zum Anschließen einer
gedruckten Schaltung an ein Prüfgerät zum elektrischen Prüfen der Schaltung, wie
sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist. Bei der Herstellung
gedruckter Schaltungen kommt das BedUrfnis auf, die Leiterplatten mit Hilfe eines
Automaten auf ihre elektrische Funktionsfähigkeiten zu überprüfen.
-
Hierzu werden Kontaktvorrichtungen eingesetzt, die beweglich gelagerte
Kontaktstifte aufweisen, die gleichzeitig auf die gewünschten Stellen der Leiterbahnen
der gedruckten Schaltung aufsetzbar sind..
-
Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt die Prüfung einer gedruckten
Leiterplattenschaltung mittels elektrischer Kontaktverbindung dadurch, daß der Prüfling
in einen Meßtisch eingelegt und mit vorbestimmten Kontaktstellen an elektrisch leitend.e
Stifte angedrückt wird, um dadurch den Funktionsstromkreis zu schließen.
-
Eine solche Uberprüfung kann erfolgen, bevor eine schützende Schicht,
beispielsweise eine Lackschicht aufgebracht worden ist, da andernfalls aufgrund
der Schutzschicht die Kontaktstifte keinen sicheren Kontakt mit den Leiterbahnen
erzielen würden.
-
Im allgemeinen ist es jedoch wünschenswert, einen sol-
chen
Prüfvorgang erst am Ende des gesamten Produktions prozesses, also erst nach dem
Aufbringen einer Schutzschicht, auszuführen. Ein hierfür geeignetes Prüfgerät muß
daher in der Lage sein, mit dem federnd. gelagerten Kontaktstift die Schutzschicht
zu durchdringen und für einen einwandfreien Kontakt zu sorgen. Eine derartige Vorrichtung
ist in der deutschen Offenlegungsschrift 23 44 239 angegeben. Bei der d.ortbeschriebenen
Vorrichtung wird. d.ie Leiterplatte in einen Rahmen eingelegt und mit Hilfe dieses
Rahmens an einen Ultraschallgeber angedrückt. Der 'Ultraschallgeber liegt auf d.er
Oberflächenebene d.er Leiterplatte an und. versetzt sie in Schwingungen. Aufgrund.
dieser Schwingungen der Leiterplatte werd.en die an d.ie Leiterplatte angedrückte
Kontaktstifte in die Lage versetzt, die Schutzschicht zu durchdringen und zu einem
elektrischen Kontakt mit den Leiterbahnen zu gelangen. Bei unbestückten Leiterplatten
kann diese Vorrichtung mit gutem Erfolg angewendet werden.
-
Bei bestückten Leiterplatten tritt jedoch das Problem auf, daß es
nicht möglich ist, den Ultraschallgeber flächig auf die Leiterplatte aufzusetzen,
weil sich an deren Oberflache die einzelnen Bauelemente befinden.
-
Bei bestückten Leiterplatten könnte die einzelne Weitere platte nur
in der Weise in Ultraschallschwingungen versetzt werden, daß die Leiterplatte in
einem passenden Rahmen eingelegt wird und dieser Rahmen mit dem Ultraschallgeber
in mechanischen Kontakt gebracht wird. Die Ultraschallerregung der Leiterplatte
könnte also in einem solchen Fall nur über die Ränder der Leiterplatte erfolgen.
Bei einer solchen Erregung treten jedoch entsprechend den Chladnischen Klangfiguren
in der Leiterplatte Schwingungsbäuche und Schwingungsiqioten auf, so da3 also einige
Stellen der Leiterplatte unerregt blieben. Dagegen, daß die Ultraschallerregung
an der Leiterplatte angreifen soll, spricht bei bestückten Lciterplatten auch, daß
die Bauelementehersteller .eine
Gewähr dafür übernehmen, daß ihre
Bauelemente durch Ultraschallschwingungen nicht geschädigt werd.en.
-
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontaktvorrichtung
zum Anschließen einer gedruckten Schaltung an ein Prüfgerät zum elektrischen Prüfen
der Schaltung anzugeben, das auch bei bestückten Leiterplatten, welche mit einer
Schutzschicht überzogen sind, anwendbar ist und für eine sichere Kontaktierung der
Kontaktstifte mit den Leiterbahnen sorgt.
-
Diese Aufgabe wird durch eine im Oberbegriff des Patentanspruches
1 näher angegebene Kontaktvorrichtung gelöst, d.ie erfind.ungsgemäß nach der im
kennzeichnenden Teil d.es Patentanspruches 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist.
-
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Ultraschall erregung
nicht an der Leiterplatte angreifen zu lassen, sondern an den einzelnen Kontaktstiften.
Aufgrund einer mit Ultraschallfrequenz stattfindenden Schwingbewegung d.urchdringen
die Kontaktstifte dann die Schutzschicht, mit der d.ie Leiterbahn überzogen ist
und kommen mit der Leiterbahn bzw. der auf den einzelnen Leiterbahnen befindlichen
Verzinnung in Kontakt. Da die bestückte Leiterplatte ftir Ultraschallschwingungen
eine starke Dämpfung aufweist und somit die Ultraschallschwingung d.er Kontaktstifte
nicht die Leiterplatte zu starken Schwingungen anregt, ist bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auch nicht zu betürchten, daß die Bauelemente von Ultraschallschingungen
geschädigt werden.
-
Gemäß dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip sind nun mehrere
verschiedene Ausführungsformen der erf Indunts.ernäßen Anordnung denkbar.
-
Bei einer ersten-Ausführungsform sind auf-einem großflächigen Ultraschallgeber
die Kontaktstifte mittels einer Feder aufgesetzt. Diese Feder erlaubt beim Andrücken
des einzelnen Kontaktstifts eine individ.uelle Anpassung an d.ie Jeweilige Stärke
d.er Leiterbahn bzw.
-
an die darauf befindliche Verzinnung. Die Ultraschallerregung läuft
vom Ultraschallgeber über die Feder auf den Kontaktstift. Damit aufgrund. der Eigendämpfung
des aus Feder und Kontaktstift gebildeten schwingungsfähigen Systems die vom Ultraschallgeber
abgegebene Schwingungsenergie nicht vollständig absorbiert wird, beträgt die Schwingungsfreauenz
des Ultraschallgebers ein ganzzahliges Vielfaches der. Resonanzfrequenz des Systems
Feder-Kontaktstift. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil, daß nur
ein Ultraschallgeber benötigt wird..
-
Bei einer and.eren Ausführungsform ist Jeder Kontaktstift an einem
eigenen Ultraschallgeber befestigt und zusammen mit diesem an einer Grundplatte
beweglich gehaltert. Diese Ausrührungsform hat d.en Vorteil, daß die Schwingungsenergie
des Jeweiligen Ultraschallgebers direkt auf die Spitze des Kontaktstiftes übertragen
wird, so daß dadurch relativ hohe. Kräfte auf die Kontaktspitze übertragbar sind.
Die aus Kontaktstift und jeweilig zugeordnetem Ultraschallgeber gebildeten Einheiten
sind vorzugsweise wiederum in einer Halterung gegenüber der Grundplatte beweglich
angeordnet und an der Grundplatte abgefedert, damit Dickenunterschiede zwischen
den zu kontaktierenden Stellen der Leiterplatte ausgeglichen werd.en können.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erwindung wird die
Schwingbewegung der IContaktstiftspitze dadurch erzielt, daß an dem Kontaktstift
ein pernanentmagnetischer oder auch magnetostriktiver. Körper bebefestigt ist und
daß dieser Körper mittels eines magnetischen Wechselfeldes von Ultraschallfrequenz
zu
Schwingbewegungen angeregt wird. Statt gesonderter Körper an
den Kontaktstift anzubringen, kann auch der Kontaktstift selbst einen Ansatz oder
einen Mantel aus solchem Material aufweisen. Diese Anordnung ermöglicht es, die
Kontakt stifte in Bohrungen einer Platte aus magnetisierbarem Material zu rühren.
Die Erregung d.es Magnetfeldes, das die Schwingbewegung hervorruft, erfolgt mit
Hilfe einer außen um d.iese Platte herumgelegten Feldwicklung.
-
Bei Verwend.ung von permanentmagnetischem Material ist es zudem möglich,
die Abfederung der Kontaktstifte nicht mit mechanischen Mitteln, wie zum Beispiel
einer Feder, sondern dadurch zu erzielen, daß die an der Grundplatte befindliche
Feldwicklung zugleich mit einem Gleichstrom beaufschlagt wird, so daß das von dem
Gleichstrom herrührend.e Magnetfeld. auf die an den Kontaktstiften befindlichen
Permanentmagnete wirkt und diese gegen die zu prüfende Leiterplatte andrückt.
-
Eine andere Ausgestaltung d.er vorliegenden Erfindung sieht vor, daß
d.ie einzelnen Kontaktstifte in Bohrungen der Grundplatte verschiebbar gehaltert
sind., und daß sie mit Hilfe statischen Drucks gegen die zu prüfende Leiterplatte
angepreßt werden. Zu diesem Zweck ist die genannte Grundplatte d.ie Deckplatte eines
Druckbehälters, der mit Flüssigkeit oder Gas gefüllt ist. Durch Verschiebung der
Bodenplatte dieses Behälters oder mit Hilfe einer Druckleitung können dann die einzelnen
Kontaktstifte aus den Bohrungen wie Kolben herausgedrückt werden, so daß die Spitzen
dieser Kontaktstifte den nötigen Anpreßdruck haben. Diese Anordnung ermöglicht ebenso
wie die zuvor beschriebenen Anordnungen eine Anpassung an die unterschiedliche Höhe
und Dicke der zu kontaktierend.en Leiterbahnen bzw. deren Verzinnungen. Die Ultraschallerregung
der Kontaktstifte kann bei dieser Ausführungsform einmal dadurch erfolgen, daS an
dem in den Druckbehälter hineinra,enden
Ende des Kontaktstiftes
ein Ultraschallgeber, beispielsweise ein piezoelektrischer Körper angebracht ist,
sie kann aber auch gemäß d.er bereits beschriebenen Ausführungsform mit Hilfe eines
an dem Kontaktstift angebrachten permanentmagnetischen oder magnetostriktiven Ansatze
erfolgen, wobei die Ultraschallschwingung nach der bereits beschriebenen Weise mit
Hilfe einer durch Ultraschallfrequenz erregten Feldwicklung erzielt wird.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Druckbehälter mit einer
Flüssigkeit gefüllt, und die Bodenplatte dieses Behälters ist mit einem Ultraschallgeber
versehen.
-
Das Anpressen der Kontaktstifte an die zu kontaktierenden Stellen
der Leiterplatte erfolgt, wie bereits beschrieben, mit statischem Druck. Durch den
Ultraschallgeber wird d.ie Bodenplatte zu Ultraschallschwingungen angeregt, und
diese Ultraschallschwingungen pflanzen sich durch die Flüssigkeit fort und erregen
auf diese Weise die Kontaktstifte. Diese Ausführungsform hat ebenfalls den Vorteil,
daß insgesamt nur ein Ultraschallgeber verwendet wird.
-
Im folgenden wird nun die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der
mit einem einzelnen Ultraschallgeber mehrere Kontaktstifte zu Schwingungen angeregt
werden können, Fig. 2 eine weitere Ausführungsforrn, bei der jeder Kontaktstift
mit einem eigenen Ultraschallgeber versehen ist, F~. , zeixt eine Ausführunsform,
bei der Jeder Ifon-
taktstift mit einer eigenen Feldspule zu Schwingungen
angeregt wird, Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Schwingung der
Kontaktstifte mit Hilfe einer Grundplatte aus magnetisierbarem Material und einer
daran angebrachten Feldwicklung erzielt werden, Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform,.
bei denen die Kontaktstifte einen Mittelteil aus magnetostriktivem Material aufweisen,
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kontaktstifte d.urch statischen Druck
an die Leiterplatte angedrückt werden, Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der
die Ultraschall schwingungen auf die Kontaktstifte mittels einer Flüssigkeit übertragen
werden.
-
Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform befindet sich
der Kontaktstift 1 mit seinem unteren Ende im Inneren einer Hülse 21. Diese Hülse
21 ist auf den Ultraschallgeber 3 aufgesetzt. Von einer Feder 4 wird der Kontaktstift
nach oben gegen die Leiterplatte gedrückt. Um zu verhindern, daß der Kontaktstift
aus der Hülse herausgleitet, besitzt letztere Vorsprünge22.
-
Am unteren End.e des Kontaktstiftes ist ferner die Meßleitung 13 angebracht.
Die Leiterplatte 16 weist auf ihrer Unterseite Leiterbahnen 17 auf. Bauelemente
30 sind auf der Oberseite der Leiterplatte aufgesetzt und.
-
ihre Anschlußstifte 31 sind durch Löcher 20 der Leiterplatte 16 nach
unten durchgeführt. Mit einer Verzinnungsschicht 18 sind die Anschlußstifte 31 mit
den Leiterbahnen 17 elektrisch kontaktiert. ueber der Verzinnungsschicht 18 ist
eine Schicht 19 auf3ebracht, die die Verzinnungsschicht 13 vor Korrosffion und jhniichcn
äu.eren
Einwirlrungen bewahren soll. Die Spitze 101 des Kontaktstiftes
1 stößt zunächst gegen die Schutzschicht i9, so daß kein elektrischer Kontakt zwischen
dem Kontaktstift und der Verzinnungsschicht 18 besteht. Aufgrund der Ultraschallbewegungen
des Ultraschallgebers 3 werden Ultraschallschwingungen über die Feder 4 auf den
Kontaktstift 1 übertragen, so daß dessen Spitze 101 allmählich die Schutzschicht
19 durchdringt und eine Kontaktierung der Verzinnungsschicht 18 bewirkt.
-
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der ererfindungsgemäßen
Vorrichtung. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erfolgt
die Ultraschallerregung Jedoch nicht durch die Feder 4 hindurch, sondern von einem
piezoelektrischen Körper 14, der an dem unteren Ende des Kontaktstiftes 1 sitzt.
-
Der piezoelektrische Körper 14 wird von einem Wechselspannungsgenerator
40 zu Ultraschallschwingungen erregt, die sich direkt auf den Kontaktstift 1 übertragen.
Die Feder dient in diesem Fall nur dazu, die jeweilige Höhe der Kontaktstifte an
die Unebenheiten der Leiterplattenunterseite anzupassen.
-
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der für jeden einzelnen Kontaktstift
1 auf einer Trägerplatte 5 eine Feldspule 6- aufgesetzt ist. Im Inneren dieser Feldspule
befindet sich der untere Teil des Kontaktstiftes 1, der aus magnetischem Material
besteht. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel weist der untere Teil einen Mantel
aus permanentmagnetischem Material auf. Der obere Teil des Kontaktstiftes 1 ist
durch d.en Kern dieses Mantels hindurch nach unten fortgesetzt, so daß die Anschlußleitung
13 am unteren Ende des Kontaktstiftes 1 angebracht und durch die Trägerplatte 5
hindurchgeführt werden kann. Die Feldspule 6 wird einmal von einem Gleichstrom durchflossen,
der ein Magnetfeld erzeugt, das den Kontakt stift nach oben an die Lelterplatte
andrückt. Dlesem Gleichstrom ist ein hochfre-
quenter Wechselstrom
überlagert, der dazu führt, daß der Kontaktstift mit Ultraschallfrequenz schwingt.
-
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der für d.ie einzelnen
Kontaktstifte nicht jeweils eine eigene Feldspule 6 vorgesehen ist, sondern bei
der eine gemeinsame Feldwicklung 7 vorhanden ist, mit der für sämtliche Kontaktstifte
1 die aufwärts gerichtete Andrucldraft und. die Ultraschallschwingung erzielt wird.
-
Die Grundplatte 5 ist dazu von der Feldwicklung 7 umgeben. Die Kontaktstifte
1 besitzen an ihrem unteren Ende einen Teil 12 aus permanentmagnetischem Material.
-
Die Feldspule 7 wird von einem Gleichstromgenerator 42 und. einem
Wechseistromgenerator41 beaufschlagt. Der Gleichstrom bewirkt den Andruck d.er Kontaktstifte
gegen die zu prüfende Leiterplatte, der Wechselstromgenerator 41 sorgt für die Ultraschallschwingung
der Kontaktstifte 1.
-
Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Ultraschallschwingung
der Kontaktstifte 1 ebenfalls mit Hilfe einer aus magnetisierbarem Material bestehend.en
Grundplatte 5 und. einer zugehörigen Feldwicklung 7 erzielt wird, wobei diese Feldwicklung
7 von einem Wechselstromgenerator 41 mit Ultraschallfrequenz erregt wird. Im Unterschied.
zu derAusführungsform nach Fig. 4 wird Jedoch bei dieser Ausführungsform d.er Andruck
der Kontaktstifte 1 gegen die Leiterplatte nicht mit Hilfe eines Magnetfeld es,
sondern mit Hilfe einer Feder 4 bewirkt Diese Feder 4 befindet sich in einer Hülse
21, d.ie ihrerseits an der Unterseite der Grundplatte 5 angebracht ist. Das durch
d.ie Feldwicklung 7 erzeugte magnetische Wechselfeld greift an den Teilen 12 der
Kontaktstifte 1 an, die die unteren Enden dieser Kontaktstifte bilden und aus permanentmagnetischem
Material bestehen. Die Kontaktstifte 1 sind in Bohrungen 51 der Grundplatte 5 geführt.
-
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Fig.
-
5. Im Unterschied. zur Fig. 5 weisen die Kontaktstifte 1 einen Teil
11 aus magnetostriktivem Material auf. Die Grundplatte 5 ist ebenfalls aus magnetisch
leitendem Material, so daß das von der Feldwicklung 7 erzeugte hochfrequente magnetische
Wechselfeld dazu führt, daß der in den Bohrungen 51 der Trägerplatte befindliche
Teil 11 aus magnetostriktivem Material zu Ultraschallschwingungen angeregt wird.
Diese Ultraschallschwingungen wirken sich direkt auf die Spitze 101 des Kontaktstiftes
1 aus, so daß d.ie Spitzendie Schutzschicht 19 durchdringen und mit der Verzinnungsschicht
18 bzw. mit einer Leiterbahn 17 in Kontakt kommen kann.
-
Die Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Anordnung, bei der im Eiaterschied zu d.en voranbeschriebenen Anordnungen der Andruck
der Kontaktstifte 1 an die Leiterplatte bzw. deren Metallisierungsschichten nicht
durch Feder- oder magnetische Kräfte erzielt wird, sondern aufgrund statischen Drucks.
-
Dazu ist ein Druckbehälter 8 vorgesehen, dessen Deckplatte von der
Grundplatte 5 gebildet wird. In dieser Grundplatte 5 sind- wie zuvor in Bohrungen
51 Kontaktstifte 1 geführt. In Fig. 7 ist der Fall dargestellt, daß der Druckbehälter
mit Flüssigkeit 10 gefüllt ist.
-
Die Schwingungserregung der Kentaktstifte 1 kann dadurch erfolgen,
daß an dem unteren End.e eines Kontaktstiftes 1, das in das Innere d.es Druckbehälters
hineinreicht, ein piezoelektrischer Körper 14 angebracht ist, der von einem Wechselspannungsgenerator
40 zu Ultraschallschwingungen erregt wird. Diese Ausführungsform ist auf der linken
Seite der Fig. 7 dargestellt. Statt dessen kann aber auch die Ultraschallerregung
mit Hilfe einer Feldspule 7 über den aus magnetisierbarem ;Material bestehenden
Teil 12 eines Kontaktstiftes 1 erfolgen. Zur Einstellung des statischen Druckes
im inneren des Druckbehälters 8 ist eine Einstellvorrichtung 80 vorhanden, die in
dem in Fig. 7 darje-
stellten Beispiel einen Hohlzylinder 85 aufweist,
in dem ein Kolben 81 läuft. Dieser Kolben 81 steht unter der Spannung einer Feder
82. Die Federspannung der Feder 82 kann mit Hilfe einer Rändelschraube 83, die in
einem an dem Zylinder 85 angebrachten Gewinde 84 läuft, verändert werd.en. Damit
ändert sich zugleich der durch die Flüssigkeit 10 auf die Unterseiten der Kontaktstifte
1 ausgeübte statische Druck.
-
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung, bei d.er ebenfalls die Kontaktstifte 1 mit Hilfe statischen Drucks an
d.ie zu prüfende Leiterplatte angedrückt werden. Wie zuvor beschrieben, ist die
Grundplatte 5 zugleich die Deckplatte eines Druckbehälters 8, in deren Bohrungen
51 die Koftalctstifte 1 geführtsind. Der Druckbehälter ist in dem in Fig. 8 dargestellten
Beispiel mit Flüssigkeit 10 gefüllt. An der Bodenplatte 9 des Druckbehä-lters ist
ein Ultraschallgeber 3 angebracht. Dieser Ultraschallgeber erzeugt in der Flüssigkeit
Ultraschallschwingungen, die sich auf d.as untere Ende d.er Kontaktstifte 1 übertragen
und. dad.urch diese Kontaktstifte 1 zu Ultraschallschwingungen anregen. Der statische
Druck Im Inneren des Behälters 8 kann entweder mit einer Druckleitung 86 eingestellt
werden, oder auch dadurch d.aß d.ie Bod.enplatte 9 verschieblich angeordnet ist
und auf sie ein Druckstempel 87 wirkt.
-
Diese Ausführungsform hat insbesondere d.en Vorteil, daß für die Erregung
der Kontaktstifte 1 insgesamt nur ein Ultraschallgeber eingesetzt werden muß. Für
die am unteren Ende der Kontaktstifte 1 angebrachten Anschlußleitungen 13 ist in
d.er Wandung d.es Druckbehälters 8 jeweils eine Durchführung 88 vorgesehen.
-
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Beispiel können in dem Druckbehälter
stehende Wellen auftreten. Es muß daher dafür gesorgt werden, daß jeweils in der
Ebene der Untersei-te 1o2 eines Kontaktstiftes 1 die Druckamplitude maximal ist,
damit die Kontaktstifte zu maximaler Schwingung angeregt werden. Dies erfordert
eine Anpassung der Lage der Druckbäuche an die Lage der Kontaktstifte. Die Lage
der Druckbäuche hängt aber direkt von der Wellenlänge der Ultraschallschwingung
und damit von deren Frequenz ab. Die notwendige Anpassung kann somit durch änderung
der Schwingfrequenz des Ultraschaligebers3bewirkt werden. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 8 wird daher vorzugsweise ein in der Frequenz durchstimmbarer:- Ultraschallgeber
verwendet. Beim Betrieb wird die Schwingfrequenz durchgefahren (gewobbelt), so daß
sich Unterseite 1o2 eines jeden Kontaktstiftes oftmals in einem Bereich maximaler
Druckamplitude befindet.
-
Dadurch ist sichergestellt, daß jeder Kontaktstift Ultraschallschwingungen
ausführt.